验证系统的机械能守恒定律

一、做实验的原因

由于在临近期末的时候接到“实验说课比赛”的通知，我就在最忙的期末也同样急忙仓促的准备实验。对于实验，我是挺意做的，一来可以从中更深入认识物理规律，二来可以提高自己的动手能力，三来可以让自己感受到物理实事求是的精神。

我选择了高中比较大件的仪器也没有难操作的实验——用气垫导轨验证系统的机械能守恒定律，因为想学习新的东西，想挑战自己，就算没有成功也有经验的总结。

二、实验的准备过程

这个实验器材准备的过程挺折腾人的。首先要检查气源是否可以工作、是否漏气；然后检查导轨是否每个孔都能出气，不然就会有摩擦力或摩擦力不均匀，实验现象就会出错；接着在导轨一端装上滑轮，滑轮有几个规格，也不是一次性能装成功的；再接着组装好滑块，包括一端的弹片、另一端的挂钩，这个组装得琢磨着来，因为以前很少碰或者碰过也忘记了；接着把光电门拧在铁架上，再把它固定在导轨上，这个也花了些时间，因为固定不住，原来规格还是不一样，换了几个导轨才成功；当然还要检查数字计时器是否能用；最后当然还要准备天平，因为要测重物与滑块的质量，还要准备游标卡尺测挡光片的宽度、辅助测量导轨是否水平。

除了仪器做好准备外，电子表格设置也准备就绪，这样多的数据与计算，没有它的自动计算功能恐怕要计算到天亮了，这也是我以前实验很少用到的技术吧。

三、做实验的过程

所有东西准备好了，就可以开始动工了。首先要明确实验的原理与目的，就是验证系统的机械能守恒定律，即重物势能的减少量是否等于系统动能的增加量，这样就明确要测量的物理量。

然后检查导轨是否水平，如果导轨不水平，势能的减少量就不是上边那个式子了，结论也是无法证明的。需要通过多次测量滑块通过光电门的时间是否相等，如果第一次时间大于第二次时间，说明第一个光电门所在的那端偏高，需要放低，但又要保证两个支架一样高，这时需要游标卡尺辅助测量。这个调节是挺耗时间的，要多次调试，最好用慢速通过光电门，这样两个时间的区别才会明显，才有目的地微调，调得才更准确。

当然按照原理通过光电门的速度要快一些，这样计算出的平均速度才更接近瞬时速度，所以提供动力的重物质量可以相对大一些。

每一个测量都做到尽量准确，比如用天平分别测量两个物体的质量、光电门间的距离、挡光片的宽度。在确保电子表格函数无误情况下，输入数据，结果显示如下：

实验原始数据

四、对实验现象的初步分析

如果导轨是接近水平的、物体质量的测量是无误的、距离测量是没有什么错误的，那么计算出的重物势能的减少量就是正确的；计时器自动测量没有问题的、挡光片测量值也是没有问题的，那么速度计算就不会出错，动能及其增加量也不会错。最终的结果应该是前者势能的减少量与后者系统的增加量应该比较接近才对。可实验的结果与理论值相差十万八千里！

当然我目前得出的误差结论是：

1、导轨本身很难通过测量时间来调节水平，只是尽量接近，因为这个调节是机械调节，是比较粗糙的。

2、距离测量也是比较粗糙的测量、重力加速度9.8用的是平均值，这里势能的减少量就存在不准确问题。

3、用挡光片计算出的平均速度来看做瞬时速度，本身就存在系统的误差，当然这不大，但还是有的。

其他专业的回答，我需要请教专业的老师了。